Ein solares Hybridsystem ergänzt die Dieselstromversorgung.
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Das erste Solar-Diesel-Hybrid-Projekt der Megawattklasse ist Ende 2012 in Südafrika in Thabazimbi in Betrieb gegangen. Seitdem ergänzt es die Dieselstromversorgung einer Chromerzmine mit jährlich bis zu 1,8 Gigawattstunden Sonnenenergie. Traditionelle Dieselgeneratoren durch Solarenergie zu ergänzen, ist ökonomisch vor allem in netzfernen, aber sonnenreichen Regionen sinnvoll.
Das Projekt in Südafrika gilt als Leuchtturmprojekt im industriellen Bereich. Das netzferne solare Diesel-Hybrid-Kraftwerk ist mit Wechselrichtern und intelligenter Systemsteuerung ausgestattet. Die Ein-Megawatt-Anlage besteht aus 4.200 Photovoltaikmodulen und 63 Wechselrichtern. Sie ergänzt die Dieselstromversorgung einer Chromerzmine mit jährlich bis zu 1,8 Gigawattstunden Sonnenenergie. Mit der PV-Anlage kann der Minenbetreiber seine Kraftstoffkosten und den CO2-Ausstoß reduzieren.
Neben PV-Modulen und Wechselrichtern ist ein skalierbarer "Fuel Save Controller" Teil der Hybrid-Lösung. Er ist die intelligente Schnittstelle zwischen den Solar- und Dieselgeneratoren: Im Zusammenspiel mit den Wechselrichtern übernimmt er die bedarfsgerechte Steuerung der Solar-Einspeisung abhängig von den Last- und Erzeugungsprofilen. Liefert die Sonne tagsüber genügend Energie, lassen sich der fossile Kraftstoffverbrauch und der CO2-Ausstoß auf ein Minimum reduzieren.
Optimaler Wirkungsgrad
Traditionelle Dieselgeneratoren durch Solarenergie zu ergänzen, ist ökonomisch vor allem in netzfernen, aber sonnenreichen Regionen sinnvoll. Die Solargeneratoren amortisieren sich durch die hohe Sonneneinstrahlung in kurzer Zeit. Zudem sinken die Kraftstoffkosten - unabhängig davon, ob ein Speicher vorhanden ist oder nicht - und der CO2-Ausstoß wird minimiert. In einem vergleichbaren Projekt in Indien werden jährlich 300.000 Liter Diesel eingespart, bei dem Projekt in Südafrika wird von rund 450.000 Litern ausgegangen.
Um eine maximale Wirkung zu erreichen, sollte das Verhältnis der installierten Photovoltaikleistung zur Leistung der gleichzeitig betriebenen Dieselaggregate, der so genannte PV-Penetrationsgrad, möglichst optimal sein. Bei Systemen ohne intelligente Steuerung liegt der PV-Penetrationsgrad bei lediglich 20 Prozent, darüber ist die Netzstabilität gefährdet. In diesem Fall können für jedes Megawatt an Aggregats-Kapazität 200 Kilowatt an PV ergänzt werden.
Mit dem smarten Controller lässt sich bei garantierter Netzstabilität ein PV-Penetrationsgrad von bis zu 60 Prozent realisieren. Hier können für jedes Megawatt an Aggregats-Kapazität 600 Kilowatt an PV ergänzt werden. Ein zusätzlicher Einsatz von Batteriespeichern, die überschüssige Solarenergie zwischenspeichern, könnte diesen Wert nach Bedarf noch zusätzlich erhöhen. An einer solchen Lösung wird derzeit gearbeitet. Die Autoren Djamila Rekioua und Ernest Matagne gehen im Kapitel "Hybrid Photovoltaic Systems" auf die unterschiedliche Architektur der Systeme ein.
Erneuerbare Energien als Haupt- oder Zusatzquelle
Skizze eines PV-Diesel-Hybrid-Systems.
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Das Solar-Diesel-Hybrid-System stellt sowohl für die Industrie als auch für Länder wie Südafrika eine wichtige Lösungen dar. Südafrika verfolgt ehrgeizige Ziele bei der Energieversorgung: Bis 2030 soll der Anteil regenerativer Quellen wie Sonne, Wind, Wasser und Biomasse an der Energieversorgung 21 Prozent betragen. Für die Industrie stellen die Solar-Diesel-Hybrid-Systeme eine Herausforderung da, da zum einen Know-how im Bereich Photovoltaik-Großanlagen vorhanden sein muss, als auch Erfahrung bei der Elektrifizierung netzferner Gebiete.
Die Hybridsysteme auf Basis von Solarenergie versorgen in einem Leistungsspektrum von zwei bis 300 Kilowatt einzelne Haushalte, kleinere Gewerbebetriebe oder auch ganze Ortschaften. Batterie-Wechselrichter regeln als Netzmanager die Versorgung der Verbraucher mit Solarenergie und speichern überschüssige Sonnenenergie in Batterien zwischen. In solchen Hybrid-Systemen sind regenerative Energien wie Sonnen-, Wind- oder Wasserkraft der Hauptenergielieferant. Ein angeschlossener Dieselgenerator dient hier nur als Backup für Zeiten, in denen nicht ausreichend regenerative Energie zur Verfügung steht. Bei industriellen Großverbrauchern hingegen kehren sich die Verhältnisse um: In Solar-Diesel-Hybrid-Systemen ergänzen große Photovoltaikanlagen die Versorgung über Diesel-Generatoren.
PV-Diesel-Hybrid-Systeme - ein wachsender Markt
Die PV-Systemkosten sind in den vergangenen drei Jahren um rund 50 Prozent gesunken, während die Dieselkosten stetig steigen. Das sind zwei wesentliche Gründe, warum Unternehmen aus dem PV-Bereich und der Generatoren-Industrie einen wachsenden Markt für diese Systeme sehen. Bereits heute rechnen sich die Systeme für Betreiber und Kunden, wenn der Dieselpreis bei über einem US-Dollar pro Liter liegt. Dies wird künftig, mit steigenden Dieselpreisen, ein noch bedeutenderer Punkt werden. Ein großes deutsches Wechselrichterunternehmen rechnet weltweit mit einem Potenzial von mehreren Gigawatt für Solar-Diesel-Hybrid-Systeme. Dieses Potenzial sehen viele Hersteller, deren Komponenten schlussendlich in ein Hybrid-System integriert werden müssen. Auf die Herausforderung der technischen Integration geht die Autorin Elena Papadopoulou im Kapitel "PV System in Buildings" ein.